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Évaluation des propriétés des remblais en pâte cimentés incorporant différents types d’adjuvants organiques et inorganiques.

Koohestani, Babak (2016). Évaluation des propriétés des remblais en pâte cimentés incorporant différents types d’adjuvants organiques et inorganiques. Thèse. Rouyn-Noranda, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue, Environnement, 231 p.

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Résumé

Suite aux activités minières, des résidus (produits à partir du traitement du minerai) et des roches stériles (produits à partir du développement) sont générés. Les minéraux extraits ne représentent qu'une petite fraction de l'ensemble du gisement dont l’essentiel se transforme en résidus. Près de la moitié des résidus générés sont pompés dans des aires d’entreposage des résidus (parcs à résidus), mais l’autre moitié de ces résidus peut généralement être placée dans les vides miniers souterrains ou les chantiers desquels le minerai a été extrait sous forme de remblai (méthode de minage chambre et remblais). L’entreposage des rejets miniers en surface nécessite une grande attention en raison de l'existence éventuelle de matières dangereuses comme les métaux lourds, métalloïdes, et des produits chimiques. Cependant, toute gestion efficace des rejets miniers devrait limiter leurs impacts environnementaux potentiels. Dans le cas des résidus chimiquement réactifs, par exemple, l'oxydation des minéraux sulfurés produit le drainage minier acide (DMA) qui peut affecter les écosystèmes. Parmi les types de remblai minier possibles il existe le remblai en pâte cimenté (RPC) qui est fait à base des résidus miniers. Comme technique efficace de gestion des résidus miniers, le RPC permet de minimiser les impacts environnementaux en réduisant leur quantité à stocker en surface tout en jouant le rôle de support secondaire des terrains. Le RPC est ainsi constitué de résidus filtrés (72-85% en poids des grains solides), de l'eau (15-28%), et d’un agent de liant tel que le ciment Portland ou composé de ciment et de pouzzolanes (2-8% en poids de la masse sèche des résidus). Le RPC est mis en place dans les vides miniers souterrains par pompage ou par gravité. L’augmentation de la demande mondiale en métaux a entraîné l’augmentation de la production minière et par conséquent la quantité de rejets à stocker. Puisque l'ajout d'un liant (par exemple, ciment Portland) fait partie de la gestion des résidus sous la forme de RPC, plus de cycles de remblayage résulteront à une demande plus élevée de la consommation en liant. Dans ce cas, les compagnies minières doivent dépenser des millions de dollars chaque année pour acheter des liants requis pour les opérations de remblayage. Par conséquent, toute petite réduction de la consommation en liant pourra générer des milliers de dollars d'économie pour les sociétés minières. Ainsi, l’évaluation de la substitution partielle de liant par d’autres produits ou la réduction de l'utilisation de liant est toujours souhaitable. L'objectif de cette recherche doctorale est d'étudier trois différents types de mélanges (les sciures de bois, les nanoparticules, et les poudres de polymères ré-dispersibles) capables d’améliorer les différentes propriétés des RPCs en présence de l’agent liant. Les critères d’utilisation de ces adjuvants dans le RPC sont les suivants : être peu coûteux et abondant (cas des sciures de bois), être efficace pour affecter l'hydratation et augmenter le développement de la résistance des matériaux cimentaires (cas des nanoparticules), influencer l'hydratation du ciment en formant un film polymérique dans les matériaux cimentaires (cas des poudres de polymères). Généralement, le prix unitaire du ciment est inférieur aux prix des nanoparticules et des poudres de polymères. Par conséquent, l'ajout de ces adjuvants dans les RPCs doit être considéré à grande échelle non seulement comme substitut de liant, mais aussi au niveau des coûts d’opération. Cette thèse de doctorat comprend trois articles, dont deux articles déjà publiés dans deux revues spécialisées (Construction and Building Materials et Cement and Concrete Composites de Elsevier), et un troisième bientôt soumis à la revue canadienne de génie civil. Le premier article a étudié l'influence des charges de fibres de bois sur les propriétés mécaniques et la microstructure du RPC. Cet article s’est appuyé sur une étude de laboratoire en utilisant des résidus non sulfurés de la mine Casa Berardi, Québec, Canada. Les différentes formulations de RPC ont été préparées par ajout des charges de 12,5 et 14,5% de fibres de bois et les éprouvettes fabriquées ont subi des essais de compression uniaxiale et une analyse de la microstructure. L'ajout de sciures de bois d’érable a légèrement diminué le développement de la résistance à court-terme du RPC (quantifiée par la résistance en compression uniaxiale notée UCS), mais a amélioré cette résistance à plus long terme. Le deuxième article a étudié l'influence des nanoparticules colloïdales et des superplastifiants sur la résistance mécanique et la microstructure du RPC durci en utilisant également des résidus de Casa Berardi. L'influence des nanoparticules et de superplastifiant a été étudiée sur les phases hydratées du liant et de la variation de l’UCS. L'ajout de nanoparticules et de superplastifiant a essentiellement favorisé l’accélération du durcissement du RPC en améliorant sa résistance mécanique. Le troisième article a étudié l'influence des poudres de polymères ré-dispersibles sur les propriétés mécaniques et la microstructure du RPC en utilisant respectivement des résidus miniers sulfurés et non sulfurés des mines LaRonde et Goldex (Québec, Canada). La poudre du polymère Ethylène-vinyl acétate de Vinylester (EVA/VE) a été utilisée comme source unique de poudres de polymères dans cet article. L'ajout d'EVA/VE a principalement retardé le durcissement du RPC en changeant l'évolution des phases minérales formées à un âge précoce d'hydratation.

Type de document: Thèse (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse: Belem, Tikou
Co-directeurs de mémoire/thèse: Koubaa, Ahmed et Bussière, Bruno
Mots-clés libres: Résidus miniers, Adjuvants, Remblai en pâte cimenté (RPC), Nanoparticules, Superplasticizer, Sciures de bois, Poudre de polymère, Durcissement, Résistance en compression uniaxiale, Microstructure.
Divisions: Sciences appliquées > Doctorat en sciences de l'environnement
Date de dépôt: 22 févr. 2017 16:05
Dernière modification: 22 févr. 2017 16:05
URI: http://depositum.uqat.ca/id/eprint/694

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